北西中国漢民族集団における変形性関節症軟骨細胞の細胞周期関連lncRNAとmRNAの研究

Cell cycle-related lncRNAs and mRNAs in osteoarthritis chondrocytes in a Northwest Chinese Han Population.

• Feng'e Zhang
• Mikko Juhani Lammi
• Sijia Tan
• Peilin Meng
• Cuiyan Wu
• Xiong Guo

抄録

背景:

変形性関節症（OA）において重要な役割を果たすことが明らかにされている長いノンコーディングRNA（lncRNA）は、生物学的・生理学的に関連している可能性のあるlncRNAの中ではごく一部に過ぎません。ノンコーディングRNAの制御機能についての知見はまだ限られているため、変形性関節症の病態との関係をよりよく理解することが重要である。

BACKGROUND: A group of differentially expressed long non-coding RNAs (lncRNAs) have been shown to play key roles in osteoarthritis (OA), although they represented only a small proportion of lncRNAs that may be biologically and physiologically relevant. Since our knowledge of regulatory functions of non-coding RNAs is still limited, it is important to gain better understanding of their relation to the pathogenesis of OA.

方法:

3名のOA患者から得られた軟骨細胞のmRNAとlncRNAマイクロアレイ解析を行い、4名の健常対照者と比較して、異なる発現を示すRNAを検出した。次に、異なる発現を示すmRNAのエンリッチメント解析を行い、疾患分子ネットワーク、パスウェイ、遺伝子オントロジー（GO）機能を定義した。さらに、共発現ネットワークに基づく標的遺伝子予測を行い、lncRNAとmRNAの潜在的な関係を明らかにし、OAメカニズムにおけるlncRNAの役割の解明に貢献しました。実験結果の信頼性を実証するために、定量的RT-PCR解析を行った。

METHODS: We performed mRNA and lncRNA microarray analysis to detect differentially expressed RNAs in chondrocytes from three OA patients compared with four healthy controls. Then, enrichment analysis of the differentially expressed mRNAs was carried out to define disease molecular networks, pathways and gene ontology (GO) function. Furthermore, target gene prediction based on the co-expression network was performed to reveal the potential relationships between lncRNAs and mRNAs, contributing an exploration of a role of lncRNAs in OA mechanism. Quantitative RT-PCR analyses were used to demonstrate the reliability of the experimental results.

研究成果:

OAサンプルでは、正常サンプルと比較して、合計990個のlncRNA（アップレギュレーション666個、ダウンレギュレーション324個）と546個のmRNA（アップレギュレーション419個、ダウンレギュレーション127個）が異なって発現していました。エンリッチメント解析の結果、細胞周期に関与する遺伝子のセットが明らかになった。mRNAとlncRNAの合計854組が高度に関連しており、さらに標的予測を行うことで、対応するlncRNAに特異的に12の遺伝子が同定されました。lncRNA lncRNA-CTD-2184D3.4、ENST00000564198.1、ENST00000520562.1は、OAにおけるSPC24、GALM、ZNF345のmRNA発現を制御すると予測された。

FINDINGS: Altogether 990 lncRNAs (666 up-regulated and 324 down-regulated) and 546 mRNAs (419 up-regulated and 127 down-regulated) were differentially expressed in OA samples compared with the normal ones. The enrichment analysis revealed a set of genes involved in cell cycle. In total, 854 pairs of mRNA and lncRNA were highly linked, and further target prediction appointed 12 genes specifically for their corresponding lncRNAs. The lncRNAs lncRNA-CTD-2184D3.4, ENST00000564198.1, and ENST00000520562.1 were predicted to regulate SPC24, GALM, and ZNF345 mRNA expressions in OA.

インタープリテーション:

本研究では、OAの発症に重要な新規遺伝子を発見し、特に軟骨細胞の細胞周期に重要な役割を果たしていると考えられるlnc-CTD-2184D3.4の機能を予測しました。これらの知見は、OA研究のさらなる進展につながる可能性があります。

INTERPRETATION: This study uncovered several novel genes potentially important in pathogenesis of OA, and forecast the potential function of lnc-CTD-2184D3.4, especially for the cell cycle in the chondrocytes. These findings may promote additional aspects in studies of OA.